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Kurztitel: EnOB: Monitoring Sporthalle Dresden
Förderkennzeichen: 0327431S
Status: Abgeschlossen
Laufzeit: 04/2011 bis 03/2015
Themen: Neubau von Einzelgebäuden, Gebäudebetrieb & Gebäudeautomation, Solare Wärme, Wärme aus Erdreich, Grundwasser, Abwasser, Monitoring & Bilanzierung, Betriebsoptimierung
Standort: Weixdorfer Rathausplatz 2, 01108 Dresden
Innovation: Die Energieverluste der Lüftung werden durch eine effiziente Lüftungsanlage mit einem Wärmerückgewinnungsgrad von 93% und durch im Erdreich verlegte Luftregister nahezu vollständig ausgeglichen.
Schlagworte:

Quintessenz

  • Betonaußenwände als thermisch aktivierte Bauteile ausgeführt
  • Feuchtegeführte Lüftung im Sanitär- und Kabinenbereich und CO2-geführte Hygienelüftung in der Halle
  • Wärmerückgewinnungsgrad der Lüftungsanlage beträgt 93 Prozent
  • Niedertemperatur-Heizsystem deckt ausschließlich die Transmissionsverluste
  • Hallenbeleuchtung wird tageslichtabhängig gesteuert
  • Monitoring und anschließende Optimierung konnten den Gasverbrauch um 35 Prozent reduzieren

Die neue Zweifeld-Sporthalle in Dresden-Weixdorf sollte möglichst niedrige Betriebskosten verursachen. Geplant war, trotz des großen Gebäudevolumens, ein Heizwärmebedarf unter 20 kWh/m2a und ein Primärenergiebedarf, der um etwa 50% unter dem eines Passivhauses (120 kWh/m2a) liegt. Die Betriebserfahrungen im ersten Jahr zeigten, dass die anvisierten Energieeffizienzziele nicht erreicht wurden. Nach einer ersten Auswertung der Messdaten wurden Optimierungsvorschläge für den Anlagenbetrieb erarbeitet. So konnte der Gasverbrauch um etwa 35% gesenkt werden.

Projektkontext

Die neue „Gerhard-Grafe-Sporthalle“ liegt im Ortskern des Dresdner Stadtteils Weixdorf. Bereits 2005 gab es beim SG Weixdorf e. V. Überlegungen zum Bau einer neuen Sporthalle, weil man mit den damaligen Trainings- und Wettkampfbedingungen unzufrieden war. Auch der Schulsport der nahe gelegenen Grund- und Mittelschule sollte davon profitieren. So wurde 2006 der Bau einer neuen Zweifeldsporthalle beschlossen. Neben dem SG Weixdorf e. V. beteiligten sich die Sächsische Aufbaubank, die Landeshauptstadt sowie die Ortschaft Weixdorf an den Investitionskosten des Neubaus.

Forschungsfokus

Das Forschungsprojekt umfasste das Monitoring der Zweifeldsporthalle, die Analyse des Gebäudebetriebs und die Systemoptimierung. Die aus dem Monitoring resultierenden Messdaten wurden einer modellbasierten Datenauswertung unterzogen, um für die Messdaten der Sporthalle eine Vergleichbarkeit zu ähnlichen Gebäudetypen hinsichtlich der Energiekennwerte bzw. der Gesamtenergieeffizienz zu erhalten. Daraus sollten erste Optimierungspotenziale für den Gebäude- und Anlagenbetrieb abgeleitet werden. Aus der Bewertung der Anlagentechnik im Praxiseinsatz wurden Verbesserungsvorschläge für den Anlagenbetrieb, die Beschreibung allgemeiner konzeptioneller Optimierungspotenziale und Hinweise zur möglichen zukünftigen Gestaltung von Systemkomponenten abgeleitet. Ferner wurden das Raumklima und die Komfortbedingungen unter Einsatz mobiler Messtechnik in der Sporthalle analysiert.

Konzept

Gebäudekonzept

Zentrales Element im Gebäudekonzept sind die als thermisch aktivierte Bauteile ausgeführten Beton-Umfassungswände. Auf Grund ihrer großen Speichermasse und der damit verbundenen Trägheit kann das Raumklima auch bei stark schwankenden Außentemperaturen über einige Stunden konstant gehalten werden. Des Weiteren trägt die aus der massiven Bauweise resultierende hohe Speichermasse zur energiesparenden passiven Kühlung bei. Allein durch Sonnenschutz und Nachtlüftung wäre kein ausreichender sommerlicher Wärmeschutz erreichbar. Die Reduzierung der Transmissionswärmeverluste erfolgt durch eine kompakte und in Teilbereichen zweistöckige Bauweise. Eine vorgehängte, hinterlüftete Fassade sorgt für die Funktionstrennung zwischen Witterungsschutz, Dämmung und Statik (Gebäudemasse).

Der Fensterflächenanteil der Süd- und Ostseite wurde gegenüber dem hohen Anteil der West- und Nordseite (40%) auf ca. 20% reduziert. Das blendungsreduzierte Glas hat einen niedrigen Energiedurchlassgrad. Um eine gleichmäßige und blendfreie Belichtung der Halle zu erreichen, wurden zwei umlaufende, vertikale Fensterbänder eingebaut. Mit einer tageslichtabhängig geregelten Hallenbeleuchtung kann der Elektroenergieverbrauch für die Hallenbeleuchtung weiter reduziert werden.

Nordansicht der Sporthalle in Vogelperspektive mit Blick auf die Dachbegrünung

© TU Dresden

Die Sporthalle von Osten

© TU Dresden

Weitere Abbildungen

Viel Tageslicht gelangt in die Halle …

© TU Dresden

… und in den Zuschauerbereich

© TU Dresden

Grundriss Untergeschoss

© "Am Königswald" PG mbH

Energiekonzept

Die Lüftungswärmeverluste wurden durch eine Beschränkung auf die zwingend lufttechnisch zu behandelnden Teilbereiche reduziert: Die feuchtegeführte Lüftung im Sanitär- und Kabinenbereich und der CO2-geführte Hygienelüftung in der Halle. Die Lüftungsanlage wurde so ausgelegt, dass sie möglichst ohne externe Wärmezufuhr auskommt. Die Energieverluste werden durch ein System hocheffizienter Wärmerückgewinnung mit einem Rückgewinnungsgrad von 93% und durch im Erdreich verlegte Luftregister nahezu vollständig ausgeglichen. Das Niedertemperatur-Heizsystem ist auf die Deckung der Transmissionswärmeverluste ausgelegt. Für die Wärmeerzeugung wurde eine mit Erdgas betriebene Absorptions-Wärmepumpe installiert. Tiefenbohrungen im Erdreich dienen sowohl als Wärmequelle für die Wärmepumpe als auch als Wärmesenke zur Grundlastkühlung mittels der thermisch aktivierten Betonaußenwände.

Die Wärmeverteilung erfolgt über ein Sammel- und Verteilzentrum. Mit diesem System ist es möglich, bestimmte Temperaturen für verschiedene thermische Zonen zu definieren. Die Besonderheit besteht darin, dass sowohl die Vor- als auch die Rückläufe keine Mischtemperatur erzeugen. Außerdem wird eine gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen Pumpen verhindert. Das Sammel- und Verteilsystem bildet den hydraulischen Nullpunkt und besteht aus einem aus Stahl gefertigtem Verteiler/Sammler mit 5 thermisch voneinander getrennten Temperaturkammern.

Der Energiebedarf zur Trinkwassererwärmung wird zum Teil durch eine thermische Solaranlage abgedeckt, den verbleibenden Energiebedarf übernimmt die Gas-Wärmepumpe. Ein modulierendes Spitzenlastbrennwertgerät bildet im Havarie-Fall die Wärmequelle für Flächenheizsysteme und Lüftungssystem. Zur Zwischenspeicherung überschüssiger Solarwärme und zum Ausgleich von Schaltdifferenzen beim Betrieb der Wärmepumpe sind zwei Pufferspeicher mit je 1.200 Liter Volumen vorgesehen.

Schematisches Anlagenkonzept für die Sporthalle in Passivhaus-Bauweise

© KIT, fbta sowie Fraunhofer ISE

Das Anlagen- und Energieschema zeigt Energiekonzept und Anlagentechnik

© "Am Königswald" PG mbH

Weitere Abbildungen

Auf dem Dach befindet sich die Photovoltaik-Anlage

© TU Dresden

Ebenfalls auf dem Dach die thermischen Solarkollektoren zur Warmwasserbereitung

© TU Dresden

Schematische Darstellung des Lüftungssystems

© Ingenieurbüro Kirschner & Scholze

Performance und Optimierung

Nach einer ersten Auswertung der Messdaten konnten Optimierungsvorschläge für den Betrieb der Anlagentechnik erarbeitet werden. Die Maßnahmen führten zu einer merklichen Effizienzsteigerung gegenüber dem anfänglichen Betrachtungszeitraum. So konnte der Gasverbrauch um etwa 35% gesenkt werden.

Die geplanten Kennwerte wurden größtenteils erreicht. Das Gebäude zeichnet sich damit sowohl durch einen guten thermischen Komfort als auch einen geringen Jahresheiz- und Primärenergiebedarf aus.

Weitere Optimierungsmaßnahmen und –möglichkeiten

Nach der ersten Messdatenanalyse 2012/13 wurden Möglichkeiten zur Systemoptimierung aufgezeigt, dazu gehören:

  • Um eine längere Laufzeit sowie eine geringere Taktung der Wärmepumpe zur erreichen, muss gewährleistet werden, dass die bereitgestellte Wärme vom System abgenommen wird. Dies kann über die gezielte Beladung der Pufferspeicher und Anpassung der Systemtemperaturen erreicht werden.
  • Generell sollte die Steuerung der Umwälzpumpen geprüft werden. Insbesondere betrifft dies die Primär- und Sekundärpumpe der Wärmepumpe und die Pumpe im Sekundärkreis „Solar-Wärmeübertrager“, um die Funktionalität des Zortström-Verteilers als hydraulische Weiche nicht störend zu beeinflussen.
  • Im hydraulischen Kreis des Brennwertkessels sollte jeweils nur eine Pumpe abhängig vom Umschaltventil zur Ladung des Warmwasser-Speichers oder zur Heizungsunterstützung betrieben werden.
  • Die WRG-Einheit der Lüftungsanlage sollte im Sommer deaktiviert werden (Umschalten des Akkublocks deaktivieren), um die vorgekühlte Umgebungsluft durch das Luft-Erdregister effektiv nutzen zu können.

Infolge einer Kosten-Nutzen-Überlegung der Betreiber wurde schließlich der Umbau der Anlagentechnik beschlossen und die Wärmepumpe hydraulisch vom Zortström-Verteiler entkoppelt und stattdessen an die Pufferspeicher angebunden. Diese Maßnahme sollte für die Wärmepumpe eine bessere Abnahme der erzeugten Wärme sicherstellen und dadurch einen stabileren Betrieb mit längeren Taktzeiten gewährleisten. Nach dem Umbau fand die erneute Analyse einiger Komponenten der Anlagentechnik statt.

Energiebilanz im zweiten Auswertungszeitraum

© TU Dresden

Erdgasverbrauch in kWh Endenergie pro Jahr

© TU Dresden

Reduktion des Primärenergieverbrauchs im Zeitraum von drei Jahren

© TU Dresden

Projektkenndaten

Gebäudekenndaten

Bauherr, Betreiber SG Weixdorf e.V.
Investor Sächsische Aufbaubank (Freistaat Sachsen), Landeshauptstadt Dresden, Ortschaft Weixdorf
Nutzer Grund- und Mittelschule Weixdorf
   
Zeitangaben  
Baujahr des Gebäudes 2009
Inbetriebnahme 11.2009
   
Flächengrößen/Maße  
Neubau
Bruttogrundfläche (nach DIN 277) 1.710 m²
Beheizte Nettogrundfläche (für Nichtwohngebäude, in Anlehnung an DIN 277) 1.608 m²
Bruttorauminhalt 11.231 m³
Nutzfläche AN (nach EnEV) 3.594 m²
Energiebezugsfläche nach PHPP 1.494 m²
A/V-Verhältnis (ggf. vor / nach Sanierung) 0,39 m²/m³

Energiekenndaten

Energiekennwerte Bedarf  
Energiekennwerte nach EnEV, d.h. nach DIN 4108-6 bzw. DIN 18599 berechnet. Bezugsfläche ist jeweils die beheizte Nettogrundfläche nach DIN 277.  
   
Neubau
Heizwärmebedarf (Nutzenergiebedarf Wärme) 57,00 kWh/m²a
Primärenergie Gesamt 87,00 kWh/m²a
   
Energiekennwerte gemessen Verbrauch  
Bezugsfläche ist jeweils die beheizte Wohnfläche (Wohngebäude) bzw. die beheizte NGF für Nichtwohngebäude. Primärenergiefaktoren nach DIN 4701-10.  
   
Neubau
Endenergie Strom gesamt 17,30 kWh/m²a
Endenergie Wärme 22,60 kWh/m²a
Primärenergie Wärme 76,70 kWh/m²a
Primärenergie Strom und Wärme (Bilanzraum nach DIN V 18599) 63,40 kWh/m²a
   
weitere spezifische Verbrauchsdaten für Beleuchtung, Klima, Lüftung etc.  
   
Neubau
Endenergie Strom für Beleuchtung 7,90kWh/m²a
Endenergie Strom für Lüftung 1,80 kWh/m²a
Endenergie Strom für Heizung (Hilfsenergien) 3,10 kWh/m²a
Endenergie Erdgas für BHKW 11,40 kWh/m²a

Kostenkenndaten

Baukosten  
Kosten netto nach DIN 276 bezogen auf die Bruttogrundfläche (BGF) nach DIN 277  
   
Kosten für die Baukonstruktion [KG 300] 971 EUR/m²
Kosten für die Technischen Anlagen [KG 400] 253 EUR/m²
Hierbei handelt es sich um eine Kostenfeststellung  
   
Nutzungskosten  
Betriebskosten netto nach DIN 18960 (KG 300) bezogen auf die Bruttogrundfläche (BGF) nach DIN 277  
   
Neubau
Energiekosten gesamt 5,09 EUR/m²a
Heizenergie gesamt 1,21 EUR/m²a
Strom gesamt 3,88 EUR/m²a

Letzte Aktualisierung: 11. Dezember 2015

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